DE1761866C3 - Ball bearing housings for ball stud ends and methods for their manufacture - Google Patents
Ball bearing housings for ball stud ends and methods for their manufactureInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Kugellagergehäuse für Kugelschreiberminenspitzen mit einer mehrschichtigen nickelhaltigen Lagerschale und ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Kugellagergehäuse.The invention relates to a ball-bearing housing for ballpoint pen refill tips with a multilayered nickel-containing bearing shell and also to a method for producing such ball-bearing housings.
Lagergehäuse für die Kugel bzw. die ganze Kugelschreiberspitze werden im allgemeinen spanabhebend oder auch durch Kalt- oder Warmverformung hergestellt. Während die Kugel als geometrisch einfache Form sich durch schleifende Bearbeitung in höchster Präzision auch im härtesten Material, wie z. B. WoIfBearing housings for the ball or the entire ballpoint pen tip are generally machined or produced by cold or hot forming. While the sphere as geometrically simple Forms itself by grinding with the highest precision even in the hardest material, such as B. WoIf rerokarbid oder Rubin herstellen I8ßt, ist letzteres in .wirtschaftlicher Form für das Lagergehäuse nochTo produce rerocarbide or ruby, the latter is in .economical form for the bearing housing
nicht geglUckt. . . , ui ■ not successful. . . , ui ■
Erfahrungsgemäß wigt jedes Lager sowohl im ruhenden Lagerteil, wie auch in dem sich bewegenden Teil der Kugel Verschleißerscheinungen. So ist es z. B bekannt, daß Stahlkugel in Kugelschreiberspitzen noch tiefe Schleifspuren beim Schreiben erbalten, wenn ihre Härte etwa unter 600 kg/mm- Vickers-Härte Hegt. Diese Härtewerte, bei denen noch Verschleißerscheinungen wahrnehmbar sind, schwanken je nach den Versuchsbedingungen, sie sind z.B. abhängig vom Schreibdruck, der Papiersorte, dem Material und dem Gtffige der Kugel. Ahnliche Abhängigkeiten bestehen auch bei der Lagerschale.Experience has shown that every bearing weighs in both the stationary bearing part and the moving part Part of the ball wear marks. That's the way it is z. B known that steel balls in ballpoint pen tips still left deep scratches when writing, when their hardness is about below 600 kg / mm Vickers hardness. These hardness values, at which signs of wear can still be perceived, fluctuate Depending on the test conditions, they are e.g. dependent on the writing pressure, the type of paper, the material and the quality of the ball. Similar dependencies also exist with the bearing shell.
Es ist eine Erfahrungstatsache, daß sehr häufig Kugelschreiberspitzen durch Verschleiß der Lagerschale vorzeitig zerstört werden oder ihre guten Schreibeigenschaften verlieren. Wie dfc Anmelderin feststellen konnte, liegt dieses vorzeitige Versagen der Lagerschale in erster Linie daran, daß die Härtewerte von Lagerkugel und Lagerschale sehr stark differieren. Alle bisher bekanntgewordenen Lagerschalen sind im Vergleich mit der Kugel sehr weich. Dies gilt auch für die bisher bekanntgewordenen mehrschichtigen Lagerschalen, die außer einer relativ weichen äußeren Tragschale noch mit einer ebenfalls weichen Einiaufbeschichtung versehen sind. It is a fact of experience that very often ballpoint pen tips are prematurely destroyed by wear of the bearing shell or lose their good writing properties. As the dfc applicant was able to establish, this premature failure of the bearing shell is primarily due to the fact that the hardness values of the bearing ball and the bearing shell differ greatly. All previously known bearing shells are very soft compared to the ball. This also applies to the previously known multi-layer bearing shells which, in addition to a relatively soft outer bearing shell, are also provided with a likewise soft inlet coating.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Kugellagergehäuses, welches auf Grund einer besonderen Ausbildung in ihrer tragenden Schicht eine Härte erhält, die in der Nähe des Härtewertes der Kugel liegt.The aim of the invention is to create an improved ball bearing housing, which is based on a special training receives a hardness in its load-bearing layer that is close to the hardness value the ball lies.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verbundlager vorgeschlagen, welches gekennzeichnet ist durch eine äußere Tragschale aus Nickel oder einer Bronze mit hoher Festigkeit und hoher Streckgrenze in Verbindung mit einer inneren galvanisch oder chemiscn abgeschiedenen Aufläse aus Nickelbor oder Nickelphosphor mit einer Härte von mehr als 600 kg/mm2 Vickers-Härte. Vorzugsweise ist die harte innere Auflage noch mit duktilem Metall, beispielsweise mit Gold, Silber, Indium oder Blei abgedeckt.To solve the above problem, a composite bearing is proposed according to the invention, which is characterized by an outer bearing shell made of nickel or bronze with high strength and high yield strength in conjunction with an inner galvanically or chemically deposited cover made of nickel boron or nickel phosphorus with a hardness of more than 600 kg / mm 2 Vickers hardness. The hard inner layer is preferably also covered with ductile metal, for example with gold, silver, indium or lead.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Kugellagergehäuse dadurch hergestellt werden, daß eine der Schreibkugelabmessung entsprechend vorgeformte, aber bezüglich der aufzubringenden Auflagen weiter dimensionierte Kugellagertragschale in eine komplexe Nickelsalzlösung eingebracht und durch Reduktion mit einer Nickel- bzw. Nickellegierungs-Auflage versehen und nach dem Einsetzen der Lagerkugel in an sich bekannter Weise am Rand eingebördelt wird.According to the present invention, the ball bearing housings can be manufactured in that one pre-shaped according to the pen size, but with regard to the requirements to be applied further dimensioned ball bearing support shell placed in a complex nickel salt solution and through The reduction is provided with a nickel or nickel alloy coating and after the insertion of the Bearing ball is crimped in a known manner at the edge.
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kugellagergehäuses erläutert. In the following detailed description and the accompanying drawings, the manufacture a ball bearing housing according to the invention explained.
Die Zeichnung zeigt in einem schematischen Vertikalschnitt eine Vorrichtung zur Vernickelung der Innenflächen einer Tragschale für ein Kugellagergehäuse.The drawing shows, in a schematic vertical section, a device for nickel-plating the inner surfaces of a support shell for a ball bearing housing.
Das nachfolgend zu erläuternde Herstellungsverfahren verwendet als Ausgangsmaterial Kugelschreiberminenspitzen-Rohlinge, die in großer Stückzahl gemeinsam weiterverarbeitet werden können. In der Zeichnung ist zwecks Vereinfachung nur eine einzige Kugelschreiberspitze 1 dargestellt. Diese Spitze ist in The manufacturing process to be explained below uses ballpoint pen tip blanks as starting material, which can be further processed together in large numbers. For the sake of simplicity, only a single ballpoint pen tip 1 is shown in the drawing. This tip is in
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bekannter Weise mit einem kapillaren Zuführungskanal 2, einem Ringkanal und Seiteiisitzbohrung versehen. Die eigentliche, später die Schreibkugel aufnehmende Kugellagertragschale3 ist entsprechend den nachfolgend noch aufzubringenden Auflagen weiter dimensioniert. Da die Lagerschale 3 wegen der sehr kleinen Lagerfläche mit einem verhältnismäßig sehr hohen Schreibdruck belastet ist, wird für sie ein Material gewählt, das eine möglichst hohe Festigkeit von mindestens 6Π kg/mm2, eine hohe Streckgrenze und eine ausreichende Dehnung von ßtwa 5 bis 10 % besitzt und darüber hinaus auch girt zerspanbar ist. Sofern die Kugelschreiberspitzen nachfolgend noch einer Wärmebehandlung unterworfen werden sollen, soll das Material für den tragenden Teil der Lagerschale 3 auch noch eine bleibende Festigkeit nach einer Wärmebehandlung behalten. Die vorstehenden Bedingungen erfüllt beispielsweise eine Kupfer-Berryllium-Legierung, deren Zerspanbarkeit durch Zusätze verbessert worden ist und die in halbhartem Zustand bearbeitet wurde.known manner provided with a capillary feed channel 2, an annular channel and Seiteiisitzbohrung. The actual ball bearing support shell3, which will later receive the writing ball, is further dimensioned in accordance with the requirements that are still to be applied below. Since the bearing shell 3 is loaded with a relatively very high writing pressure because of the very small bearing area, a material is selected for it that has the highest possible strength of at least 6Π kg / mm 2 , a high yield point and sufficient elongation of about 5 to 10 % and is also girt machinable. If the ballpoint pen tips are subsequently to be subjected to a heat treatment, the material for the supporting part of the bearing shell 3 should also retain a permanent strength after a heat treatment. The above conditions are satisfied, for example, by a copper-beryllium alloy, the machinability of which has been improved by additives and which has been machined in a semi-hard state.
Bei einem beispielsweise durchgeführten Versuch wurde für sine Lagerkugel mit einem Durchmesser von 0,8 mm die zugehörige Lagerschale mit einem Durchmesser von 0,83 mm gebohrt und bei dem z. B. 90° betragenden Öffnungswinkel für das Kugelbett der Bodensitz etwas tiefer als üblich gelegt, weil in der nachfolgend noch zu beschreibenden Plattierung der Boden angehoben wird. Verständlicherweise sollte der Bodensitz des Kugelbettes später beim Eindrücken der Kugel nicht stärkere Verformungen erleiden als für die Sitzausbildung notwendig ist.In a test carried out for example, a bearing ball with a diameter of 0.8 mm drilled the associated bearing shell with a diameter of 0.83 mm and with the z. B. 90 ° opening angle for the ball bed, the floor seat is set a little lower than usual because in the plating to be described below, the floor is raised. Understandably the bottom seat of the ball bed should not suffer major deformations later when the ball is pressed in than is necessary for seat training.
Die vorstehend näher erläuterten Spitzen 1 werden einer chemischen Vernickelung unterworfen. Dies kann beispielsweise mit einer Anordnung geschehen, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Die einzelnen Spitzen 1 werden in größerer Stückzahl von unten in den Oberteil 4 einer Halterung eingesetzt. Die einzelnen Bohrungen im Oberteil 4, welche die Spitzen 1 aufnehmen, sind mit einem Dichtungsrings ausgekleidet. In dem Oberteil 4 befindet sich eine Beheizungskammer 6, die von sämtlichen eingesetzten Spitzen 1 durchquert wird. Die Heizkammer ist über zwei Rohrleitungen 7 und 8 an eine Wärmequelle angeschlossen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Dampfbeheizung.The tips 1 explained in more detail above are subjected to chemical nickel plating. this can be done, for example, with an arrangement as shown in the drawing. The single ones Tips 1 are used in large numbers from below in the upper part 4 of a holder. The single ones Bores in the upper part 4, which receive the tips 1, are lined with a sealing ring. In the upper part 4 there is a heating chamber 6, which is used by all Points 1 is traversed. The heating chamber is connected to a heat source via two pipes 7 and 8. This is preferably a steam heating.
Nach einer Beschickung des Oberteils 4 wird an das letztere ein Formunterteil 9 angesetzt, welches komplementär ausgebildet ist und für jede der Spitzen 1 eine entsprechende Aufnahmebohrung 10 aufweist. Oberteil 4 und Unterteil 9 werdem mit Schraubbolzen 11 zusammengespannt. An den aneinandergrenzenden Stirnflächen befindet sich eine Dichtung 12. Die Bohrung 10 ist an ihrem unteren Ende offen und dort mit einem geringeren Durchmesser versehen und kann auch an dieser Stelle wie in der Zeichnung dargestellt, konisch ausmünden. Die am Boden der Bohrung 10 ausgebildete Stufenfläche nimmt eine Ringdichtung 13 auf, die vorzugsweise nicht nur an der Stirnfläche der Spitze 1 zur Anlage kommt, sondern auch noch geringfügig in das Innere der Lagerausnehmung hineinragt. Durch die Abdichtungen S, 12 und 13 wird sichergestellt, daß der vom Oberteil 4 und Unterteil 9 gebildete Einsatz in ein Bad eingesenkt werden kann, ohne daß es zu einer Benetzung der Außenseiten der Spitzen 1 kommt.After loading the upper part 4, a lower mold part 9 is attached to the latter, which is designed to be complementary and has a corresponding receiving bore 10 for each of the tips 1. Upper part 4 and lower part 9 are clamped together with screw bolts 11. At the adjoining There is a seal 12 at the end faces. The bore 10 is at its lower end End open and provided there with a smaller diameter and can also like at this point shown in the drawing, open conically. The stepped surface formed at the bottom of the bore 10 takes an annular seal 13, which is preferably not only on the end face of the tip 1 to Plant comes, but also protrudes slightly into the interior of the bearing recess. Through the Seals S, 12 and 13 ensure that the insert formed by the upper part 4 and lower part 9 can be sunk into a bath without wetting the outside of the tips 1 comes.
Für die vorgesehene Vernickelung wird der von den beiden Teilen 4 und 9 gebildete Einsatz in einen
Badbehälter 14 eingesetzt und dabei vorzugsweise in Längsrichtungen der Spitzen t auf und ab bewegt.
An Stelle der in der Zeichnung dargestellten An-For the intended nickel plating, the insert formed by the two parts 4 and 9 is inserted into a bath container 14 and preferably moved up and down in the longitudinal directions of the tips t.
Instead of the one shown in the drawing
5 Ordnung kann auch eine übliche galvanische Trommel verwendet werden.5 order, a standard galvanic drum can also be used.
Der Badbehälter 14 ist mit einer Nickelsalzlösung
angefüllt.
Die beabsichtigte Reduktion des Nickels an d.aa The bath tank 14 is filled with a nickel salt solution.
The intended reduction in nickel at d.aa
ίο dem Bad ausgesetzten Oberflächen der Spitzen 1 kann nach verschiedenen bekannten Verfahren erfolgen, z.B. durch Hypophospbit oder vorzugsweise durch Boranat in stark alkalischem Bad bei 90° C. Bei diesem Boranat-Verfahren wird beispielsweiseίο Surfaces of the tips exposed to the bath 1 can be done by various known methods, e.g., by hypophosphite or preferably by boranate in a strongly alkaline bath at 90 ° C. In this boranate process, for example
is eine starke Nickelborschicht von 15 my aufgebracht. Damit die Reduktion des Nickels an allen Spitzen gleichzeitig einsetzt, wird vorzugsweise eine elektrische Animpfung vorgenommen. Nach der Animpfung kann der elektrische Kontakt wieder aus dem Badbehälter entfernt werden.a thick nickel boron layer of 15 my is applied. So that the reduction of the nickel starts at all tips at the same time, an electrical one is preferred Inoculation made. After the inoculation, the electrical contact can be made again Bath container are removed.
Die aas Ober- und Unterteil, 9 bestehende Halterung ist vorzugsweise aus 18/. Chrom-Nickel-Stahl hergestellt, damit alle Spitzen gleichzeitig elektrisch angeimpft werden können und nach erfolgter Abscheidung von der Halterung die Nickelschicht durch eine Behandlung mit Salpetersäure leicht entfernt werden kann.The aas upper and lower part, 9 existing bracket is preferably made of 18 /. Chrome-nickel steel manufactured so that all tips can be electrically inoculated at the same time and after the deposition has taken place the nickel layer is easily removed from the holder by treatment with nitric acid can be.
Die Dampfbeheizung über die Leitungen 7 und 8 begünstigt den Reduktionsvorgang und die Abscheidungsgeschwindigkeit. The steam heating via lines 7 and 8 favors the reduction process and the rate of deposition.
Ist die Dichtung 13 in vorbeschnebener Weise so ausgebildet, daß sie geringfügig in das innere der Lagerausnehmung eingreift, entfallen andernfalls möglicherweise auftretende Schwierigkeiten beim Einsetzen und Einbördeln der Kugel. Vor allem wenn Nickelschichten in einer Stärke von mehr als 15 my aufgebracht werden, können andernfalls Schwierigkeiten wegen der noch notwendigen plastischen Verformung und der Haftfestigkeit zwischen dem Grundmaterial und der harten Schicht entstehen. Is the seal 13 in vorbeschnebener way designed so that it engages slightly into the interior of the bearing recess, otherwise omitted any difficulty inserting and crimping the ball. Above all if nickel layers with a thickness of more than 15 my are applied, otherwise Difficulties due to the still necessary plastic deformation and the adhesive strength between the base material and the hard layer.
Nach der Vernickelung können die Spitzen 1 wieder al'* der Halterung entnommen werden, um dann in bekannter Weise ihre Kugeln zu erhalten, die man entsprechend den üblichen Verfahren einbördelt.After the nickel plating, the tips 1 can be removed from the holder again and then to obtain their balls in a known manner, which are crimped according to the usual methods.
Um die Eigenschaften des Lagers als Kugelschreiberspitzen noch weiter zu verbessern, wird gemäß dieser Erfindung ferner vorgeschlagen, auf der harten Nickelschicht eine zusätzliche weichere Schicht aufzubringen, die die Einlaufeigenschaften und die Haltbarkeit des Lagers erhöht. So kann z.B. eine "on härtenden Zusätzen freie, beispielsweise eine antiinonfreie Silberschicht gewählt werden, die man aus einem zyanidischen Silberbad galvanisch abscheidet.In order to improve the properties of the bearing as ballpoint pen tips even further, according to This invention also proposed an additional, softer layer on top of the hard nickel layer to apply, which increases the running-in properties and durability of the bearing. For example, a "Free of hardening additives, for example an antiinone-free one Silver layer can be selected, which is electrodeposited from a cyanide silver bath.
Auch hier kann entsprechend deir. vorerläuterten Vernicklungsverfahren vorgegangen werden. Diese dritte Lagerschicht aus duktilem Metall kann beispielsweise eine Stärke von 10 my haben und aus einem duktilen Metall, wie beispielsweise Gold, SiI-ber, Indium oder Blei bestehen. Bei der Verwendung von Silber kann femer noch daran gedacht werden, auf die Silberschicht eine dünne Goldschicht von 18 bis 24 Karat '.n einer Stärke von 1 my aufzubringen. Ein solch düniur GcUlüberzug verhindert eine Korrosion des Silbers bei Schwefeleinwirkung.Here too, deir. previously explained Nickel plating processes are proceeded. This The third bearing layer made of ductile metal can, for example, have a thickness of 10 my and are made of a ductile metal such as gold, silicon, indium or lead. When using of silver it can also be thought of adding a thin gold layer of 18 to the silver layer up to 24 carats in a thickness of 1 my. Such a thin gel coating prevents corrosion of silver when exposed to sulfur.
Die fertigen Kugelschreiberspitzen können nach dem Einsetzen der Kugel noch einer Wärmebehandlung im Vakuum oder in einer SchutzgasatmosphäreThe finished ballpoint pen tips can be subjected to heat treatment after the ball has been inserted in a vacuum or in a protective gas atmosphere
bei einer Temperatur von 300 bis 500° C unterzogen werden. Die Wärmebehandlung führt zu einer Aushärtung der Nickelborschicht und auch der Berrylliumbronze. Hierbei kann sowohl die Nickelborschicht wie auch die Berylliumbronze über den Punkt maximaler Aushärtung hinweg erwärmt werden, da bei beiden Materialien die Abriebfestigkeit bei Überhärtung ansteigt. Bei dem vorerwähnten praktizierten Beispiel wurde mit einem Halbmikro-Härteprüfer bei 300 g Belastung eine Härte der Nickelborschicht von 1100 kg/mm* und bei der Berylliumbronze vonat a temperature of 300 to 500 ° C. The heat treatment leads to hardening of the nickel boron layer and also of the berryllium bronze. Both the nickel boron layer as well as the beryllium bronze are heated beyond the point of maximum hardening, since at the abrasion resistance of both materials increases when overhardened. With the aforementioned practiced Example, a semi-micro hardness tester with 300 g load, a hardness of the nickel boron layer of 1100 kg / mm * and for the beryllium bronze of
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410 kg/mm* Vickers-Härte gemessen. Außerdem verbessert die Wärmebehandlung den Verbund der einzelnen Schichten und es ergibt sich auch eine Diffusion der Schichten, die eine günstige Beeinflussung410 kg / mm * Vickers hardness measured. In addition, the heat treatment improves the bond between the individual layers and diffusion of the layers also results, which has a beneficial effect der Lagereigenschaften bewirkt.. Sofern die vorerwähnte Wärmebehandlung durchgeführt werden soll, muß beim Einbördeln der Kugel die in der Berylliumbronze bei der Wärmebehandlung auftretende Kontraktion berücksichtigt werden, d. h. es muß diethe storage properties. If the aforementioned heat treatment is to be carried out, When beading the ball, it must be that which occurs in the beryllium bronze during the heat treatment Contraction are taken into account, d. H. it must be
ίο einzusetzende Lagerkugel vor der Wärmebehandlung ein etwas vergrößertes Spiel haben.ίο Bearing ball to be used before the heat treatment have a slightly enlarged game.
Claims (9)
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